李文敏

（廣州市自來水公司江村水廠,廣東廣州 510440）

以超濾為核心的組合工藝被稱為第三代城市飲用水凈化工藝[1]。近年來，隨著膜生產(chǎn)成本不斷下降，且膜工藝占地面積小，出水水質(zhì)穩(wěn)定，越來越多被應(yīng)用在自來水處理上。

南方某水廠建于1992年，設(shè)計(jì)供水能力為30萬t/d。由于地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，需水量增長(zhǎng)快，使得該水廠近年均處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。為使現(xiàn)有凈水構(gòu)筑物適應(yīng)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范參數(shù)要求，減輕運(yùn)行負(fù)荷，考慮占地條件等情況，該水廠擬增加設(shè)計(jì)供水能力5萬m3/d的超濾膜處理系統(tǒng)。

1 超濾膜的基本概況

1.1 超濾膜工作原理簡(jiǎn)介

膜分離法是一種物理處理方法。膜分離過程是以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，在膜的一側(cè)加以某種推動(dòng)力時(shí)，原料側(cè)組分選擇性地透過膜，從而達(dá)到分離或提純的目的。按照膜上孔眼大小分類，可分為膜孔徑為0.1～2.0 μm的微濾（MF）、膜孔徑為0.01～0.1 μm 的超濾（UF）、膜孔徑小于 0.02 μm 的納濾（NF）和膜孔徑小于10 A的反滲透（RO）。超濾膜介于微濾與納濾之間，可以過濾膠體和細(xì)菌及去除病毒和大分子有機(jī)物，保留了對(duì)人體有益的礦物質(zhì)，因此目前自來水廠膜處理大多采用超濾膜工藝（見圖1）。

超濾膜對(duì)溶質(zhì)的分離過程主要有：在膜的表面及孔內(nèi)的吸附（一次吸附）、在膜孔中停留而被除去（阻塞）、在膜面的機(jī)械截留（篩分）[2]。它的分離機(jī)理主要是靠物理的篩分作用。

1.2 超濾膜技術(shù)應(yīng)用在自來水處理的特點(diǎn)

超濾膜可以有效地去除水中的顆粒物質(zhì)，特別是致病微生物，在自來水處理應(yīng)用中具有以下突出的優(yōu)勢(shì)：

（1）超濾膜的出水水質(zhì)好，水質(zhì)穩(wěn)定，出水濁度幾乎與原水水質(zhì)無關(guān)，出水濁度通常低于0.1 NTU；

（2）出水微生物安全性高，采用超濾可完全截留水體中的細(xì)菌、紅蟲、賈第蟲和隱孢子蟲等致病菌；

（3）消毒副產(chǎn)物生成量極低，超濾產(chǎn)水的化學(xué)安全性好；

圖1 膜分離原理示意圖Fig.1 Membrane Separation Principle

（4）超濾前可不投加混凝劑，或者僅需投加少量的混凝劑，因此超濾產(chǎn)水無殘余金屬離子如鐵、錳等超標(biāo)問題；

（5）超濾工藝只用壓力做推動(dòng)力，因此分離裝置簡(jiǎn)單，操作容易，易于自控和維修；

（6）超濾水廠供水規(guī)模靈活，僅需要增減超濾膜組件即可，適用于任何規(guī)模供水量的凈化處理，并且改擴(kuò)建容易；

（7）膜裝置的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化與相對(duì)集約化，使傳統(tǒng)水廠的施工周期縮短，占地面積大為減少。

但超濾膜也有其一定的局限性，比如對(duì)氨氮等溶解性指標(biāo)的去除能力不足；對(duì)工作環(huán)境的要求高，必須放在有遮擋的地方，避免冰凍和直接陽光照射等[3]。

2 超濾膜技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

2.1 工藝流程

該水廠的原水水質(zhì)常年處于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）的II類標(biāo)準(zhǔn)，豐水期大部分指標(biāo)達(dá)到I類。水處理工藝為混凝-沉淀-過濾-消毒的常規(guī)處理工藝，為減輕普通快濾池的運(yùn)行負(fù)荷，在原待濾水管上分支一條DN800的待濾水連通管到超濾膜處理車間，超濾膜系統(tǒng)出水直接進(jìn)入清水池。

壓力式超濾膜系統(tǒng)工藝流程見圖2。

2.2 工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

圖2 工藝流程圖Fig.2 Flow Chant of Process

表1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.1 Main Design Parameter

表2 設(shè)備、儀表情況表Tab.2 Equipment and Instrument

2.2.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示

2.2.2 主要設(shè)備、儀表基本情況見表2

2.3 前期調(diào)試

超濾膜處理系統(tǒng)在進(jìn)水初期，進(jìn)行管道和閥門試壓、管道浸泡消毒以及沖洗超濾膜柱保護(hù)液等工作，在出水取樣檢驗(yàn)106項(xiàng)合格后，超濾膜處理系統(tǒng)出水開始進(jìn)入清水池。在超濾膜系統(tǒng)調(diào)試期間，根據(jù)超濾膜組每次氣洗的沖洗效果及實(shí)測(cè)時(shí)間，對(duì)超濾膜組的氣洗程序的氣洗和排污時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)也根據(jù)維護(hù)性清洗對(duì)恢復(fù)膜通量衰減的效果，對(duì)維護(hù)性清洗周期進(jìn)行調(diào)整（見表3）。

表3 清洗、檢測(cè)程序情況表Tab.3 Cleaning and Detection Procedure

2.4 運(yùn)行情況

2.4.1 主要設(shè)備運(yùn)行情況

提升泵為超濾主機(jī)提供進(jìn)水壓力，目前，把保安過濾器后總管壓力設(shè)為恒壓，提升泵根據(jù)進(jìn)水總管的壓力變頻運(yùn)行。系統(tǒng)每72 h根據(jù)泵組運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短來切換機(jī)組。

保安過濾器用于進(jìn)一步攔截細(xì)小的雜質(zhì)，保證壓力式膜組件的安全。每套保安過濾器的過濾流量為850 m3/h，間隙為0.1 mm。保安過濾器的自動(dòng)清洗程序可通過保安過濾器的進(jìn)出水壓差或運(yùn)行周期控制。

超濾膜車間設(shè)有11組膜架，每組膜架設(shè)定產(chǎn)水量為 220 m3/h，通量為 72 L /m2·h，通過調(diào)節(jié)膜組進(jìn)水閥門開度來達(dá)到設(shè)定的產(chǎn)水量，每日有效過濾時(shí)間約22.7 h，過濾周期為過濾30 min，清洗及進(jìn)水87 s。系統(tǒng)設(shè)有濃水回流，但由于系統(tǒng)的進(jìn)水濁度低，暫無必要進(jìn)行濃水回流。

鼓風(fēng)機(jī)主要為膜組提供氣洗程序的氣源。正常情況下，兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)均設(shè)為“遠(yuǎn)程”狀態(tài)自動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)膜組進(jìn)行氣洗或維護(hù)性清洗、恢復(fù)性清洗程序需要吹掃風(fēng)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)。系統(tǒng)根據(jù)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短來切換。

空壓機(jī)主要為超濾膜系統(tǒng)中所有氣動(dòng)閥提供氣源。膜處理系統(tǒng)啟動(dòng)的第一步乃啟動(dòng)空壓機(jī)，以保證系統(tǒng)氣動(dòng)閥在運(yùn)行中有工作氣源?？諌簷C(jī)啟動(dòng)后會(huì)根據(jù)出口管路中的壓力自動(dòng)運(yùn)行。

2.4.2 產(chǎn)水量及出水水質(zhì)

根據(jù)運(yùn)行記錄，超濾膜系統(tǒng)運(yùn)行7個(gè)月以來，日均產(chǎn)水量約為4.5萬m3/d。在超濾膜處理系統(tǒng)運(yùn)行初期，為避免對(duì)超濾膜造成沖擊，日產(chǎn)水量均偏低并逐步遞增，在超濾膜處理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，日產(chǎn)水量均在5萬m3/d左右。

超濾膜系統(tǒng)的出水水質(zhì)由在線水質(zhì)儀表及化驗(yàn)室共同檢測(cè)。超濾膜系統(tǒng)的進(jìn)水為待濾水，水質(zhì)情況較好，濁度在2～3 NTU的范圍，因此超濾膜系統(tǒng)出水水質(zhì)較為穩(wěn)定，根據(jù)化驗(yàn)得出數(shù)據(jù)，渾濁度平均值低于0.1 NTU，pH平均值為7.33，菌落總數(shù)、總大腸菌群、耐熱大腸菌群均未檢出。

2.5 主要存在問題及解決方法

超濾膜系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試階段及試運(yùn)行階段對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)化控制程序的調(diào)整及優(yōu)化，目前處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。以下就超濾膜系統(tǒng)運(yùn)行中存在的幾個(gè)主要問題及其解決辦法進(jìn)行簡(jiǎn)述。

2.5.1 氣洗程序及沖洗氣量

為避免鼓風(fēng)機(jī)頻繁開關(guān)機(jī)，超濾膜系統(tǒng)的氣洗程序?yàn)?1個(gè)膜組自動(dòng)排隊(duì)氣洗，但在原設(shè)計(jì)氣洗程序中，11組膜組各自獨(dú)立計(jì)時(shí)，由于閥門開關(guān)快慢等原因，系統(tǒng)運(yùn)行下來存在2個(gè)或多個(gè)膜組同時(shí)氣洗的情況，使得單個(gè)膜組的氣洗流量不能保證，直接影響氣洗效果。為解決沖洗氣量不足的問題，對(duì)超濾膜系統(tǒng)的氣洗及維護(hù)性清洗程序進(jìn)行修改，除強(qiáng)制每個(gè)膜組都必須參與當(dāng)前氣洗周期，并且當(dāng)其中一個(gè)膜組進(jìn)行氣洗時(shí)，下一膜組必須等待，而在氣洗程序與維護(hù)性清洗程序同時(shí)進(jìn)行時(shí)，后發(fā)生命令的程序必須等正在進(jìn)行的程序完畢后再開始。超濾膜系統(tǒng)按修改后的氣洗及維護(hù)性清洗程序進(jìn)行運(yùn)作，保證了各膜組的沖洗氣量，達(dá)到較好的清洗效果。

2.5.2膜通量及透水率的恢復(fù)

超濾膜系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，由于截留物在膜絲上的積累或者堵塞，使得膜通量下降，跨膜壓差上升等情況，直接影響膜組的透水率。要恢復(fù)膜通量及透水率，除了一般的氣洗和維護(hù)性清洗，還需要通過恢復(fù)性清洗程序。超濾膜系統(tǒng)運(yùn)行半年后，由于部分膜組的通量及透水率下降，對(duì)超濾膜組進(jìn)行了恢復(fù)性清洗。在恢復(fù)性清洗中，用500 mg/L的次氯酸鈉進(jìn)行氣洗后，再用0.7%的鹽酸溶液進(jìn)行浸泡，清洗完成后，發(fā)現(xiàn)部分膜組的通量恢復(fù)效果一般或不持久。再嘗試更換清洗藥劑的種類，使用1%的檸檬酸與0.7%的鹽酸混合對(duì)膜組進(jìn)行浸泡，發(fā)現(xiàn)有機(jī)酸與無機(jī)酸混合浸泡對(duì)膜組通量恢復(fù)的效果明顯，跨膜壓差下降至43 kPa，清洗效果理想。

2.5.3 氣動(dòng)閥的開關(guān)速度

超濾膜系統(tǒng)的氣洗周期為30 min，氣動(dòng)閥的開關(guān)比較頻繁。在日常生產(chǎn)運(yùn)行中留意到，在氣洗時(shí)氣動(dòng)閥開啟會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的響聲，或氣動(dòng)閥會(huì)出現(xiàn)開啟或關(guān)閉超時(shí)報(bào)警，導(dǎo)致該膜組停止運(yùn)行的情況。超濾膜系統(tǒng)的氣動(dòng)閥上均安裝有消音器，為解決氣動(dòng)閥出現(xiàn)的以上情況，必須定期對(duì)消音器上的旋鈕進(jìn)行調(diào)整。通過對(duì)消音器上的旋鈕進(jìn)行調(diào)整，能控制閥門開關(guān)的快慢，有效減少閥門開啟時(shí)由于局部壓力突然增強(qiáng)而造成的響聲。同時(shí)，由于膜組機(jī)架在運(yùn)行時(shí)的震動(dòng)致使消音器上的旋鈕被震松或緊，導(dǎo)致氣動(dòng)閥出現(xiàn)開關(guān)超時(shí)報(bào)警，這需要在日常生產(chǎn)運(yùn)行中，通過運(yùn)行人員定期對(duì)消音器上的旋鈕進(jìn)行調(diào)整，確保氣動(dòng)閥門的開關(guān)速度在正常范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

膜處理技術(shù)是21世紀(jì)水處理的關(guān)鍵技術(shù)。尤其超濾膜處理出水水質(zhì)穩(wěn)定、安全性好、施工周期短、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，使其在自來水處理領(lǐng)域里有廣闊的前景。同時(shí)，膜組件使用壽命短、截留物結(jié)垢、膜通量及透水率下降等問題，仍需要繼續(xù)深入研究和觀察。

［1］李圭白,楊艷玲.第三代城市飲用水凈化工藝—超濾為核心技術(shù)的組合工藝[J].給水排水,2007,33(4):1-1

［2］邵剛.膜法水處理技術(shù)及工程實(shí)例[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

［3］張?jiān)?超濾膜污染的機(jī)理和控制[J].凈水技術(shù),2001,20(4):11-13.